浅谈坦克悬挂系统

坦克悬挂系统及其发展 坦克用悬挂装置是为防止由地形引起，车载武器射击引起的车体振动，而把弹性元件和减振元件配合起来，被动地吸收振动和冲击的装置。 一．坦克悬挂系统的发展史 世界上最早的坦克——英国小游民坦克的车体与履带间近乎刚性结合，但是由于此时的坦克主要用来突破战壕撕开对手防线，行驶里程和越野速度均不高，故坦克上没有专门的悬挂系统。 随着坦克速度和越野行程的提升，行走系统对崎岖路面的缓冲显得越来越重要，简单方便的外置式弹簧被大量应用于坦克上。二战期间的很多坦克任然使用此类悬挂，德国的Ⅳ号，苏联的T-26，美国的谢尔曼，这种悬挂都是将小直径负重轮成组分布，共用一个弹簧减震器。优点是结构简单、维修方便、且不占用车内空间，因此，即使在几十年后的以色列“梅卡瓦”系列坦克上仍然能见到此种悬挂系统的存在，只不过每个负重轮都有各自独立的弹簧减振器而已。但随着坦克重量的增大，特别是对速度要求的进一步提升，此类悬挂渐渐不堪复用（“梅卡瓦”系列仍旧使用弹簧悬挂除了弹簧悬挂自身成本低，易于维护的优点之外，和以色列坦克设计中将机动力放在末位，仅要求够用就行的特色有很大关系）。 美国人沃尔特·克里斯蒂于1919年设计出一种独立式大负重轮弹簧悬挂系统，有效的解决了坦克高速行驶时的缓冲减震问题，此种弹簧悬挂系统后来被成为“克里斯蒂”悬挂系统，后来被苏联BT系列快速坦克和鼎鼎大名的T-34坦克所使用。“克里斯蒂”悬挂系统的最终进化版便是一直使用至今的扭杆悬挂系统。它用一根横贯车体的扭力杆代替了螺旋弹簧，1934年瑞典人将独立式扭杆弹簧悬挂应用到L-100“兰茨沃克”轻型坦克上，开创了坦克扭杆弹簧悬挂装置的先河。 坦克底盘扭杆弹簧特写                              液气悬挂装置在重型卡车上应用相当广泛。在坦克上，是1967年研制成功的、无炮塔型的S坦克上，率先采用了可调式液气悬挂装置。由于火炮是固连在车体上的，所以，要靠液气悬挂来控制车体前后俯仰，实现火炮的高低瞄准。火炮的高低射界达到-10～＋12度。为保证发射平台稳定，射击时，液气悬挂装置要实行闭锁。 日本于1974年研制成功的74式主战坦克，是世界上首次在炮塔式坦克上采用液气悬挂装置的坦克。 目前，在世界范围内，坦克仍在使用的主要悬挂装置有：扭杆悬挂装置（德国，苏系坦克，中国）和液气悬挂装置（美，英，法，日）以及以色列“梅卡瓦”系列所使用的螺旋弹簧悬挂装置。 二．现代坦克悬挂系统的技术特点 1. 扭杆悬挂系统： 当前，世界上许多主战坦克采用扭杆悬挂。扭杆式独立悬挂系统的原理在于管状材料表面形变来获得弹性行程，扭杆一头刻有花键用于固定，另一头接平衡肘，实现上下的位移。扭杆的优点在于体积小，动行程大（特别是扭杆表面实施了喷丸处理后），平时基本免维护，但更换很麻烦。现代战车绝大多数采用扭杆式独立悬挂。扭杆悬挂具有结构简单、安装空间小、成本低等优点。 但是，存在以下难以克服的缺陷: ①动行程小。在路面状况恶劣条件下，平衡肘经常撞击限制器，导致车辆质心和驾驶员处的振动加速度较大，限制了越野速度的提高。 ②在车辆俯仰振动时，阻尼力明显不足，当车辆受到一个或多个冲击时，或者由于路面不平度的激励时，将会在某种速度下出现俯仰共振的危险工况。此时，平衡肘撞击弹性限制器，并以较高的加速度作用于驾驶员和车内乘员。 这种阻尼力不足的悬挂系统不但造成乘员乘坐环境恶劣，而且会导致车载设备和行动部件过早损坏。③冲击负荷过大。 负重轮运动至行程终点时，扭杆弹簧不能充分减轻冲击负荷。④固有频率高。扭杆是一种刚性较高的弹性元件，负重轮运行时，扭杆将很大的力传到车体，形成了较高的固有频率，甚至超过了高性能履带车辆的乘员所能承受的最大固有频率。⑤可靠性低。 液压减振器或者摩擦式减振器的使用寿命都比较短，通常因为过热、漏油或者机械磨损而引起损坏或失效，但是这种失效并没有引起人们足够的重视，导致车体俯仰振动更加趋向恶化。 2. 液气悬挂系统 液气悬挂装置由动力油缸、主活塞、蓄压器、浮动活塞、阻尼阀、油液和氮气等组成。其中动力油缸和蓄压器是主要部件。所用的油液，一般为50％的变压器油和50％的透平油混合而成，油液粘度适中，传递压力的稳定性好。也可用专门的液压油。油液除传递压力外，还具有密封气体、润滑零件的功能。所用的气体，一般为化学性质不活泼的氮气，由专用的宽气孔充入，就像自行车上的气门芯一样。液气悬挂装置中的氮气压力极高，达到150千克力／厘米2(15兆帕)以上。这也是液气悬挂装置造价昂贵的原因之一。要知道，坦克柴油机中最精密的零件一一高压柴油泵中的柱塞和套筒，工作压力也是15兆帕，柱塞和套筒要用专用的精密磨床来研磨，成对加工，不能选配。起动坦克柴油机用的高压空气瓶也是150个大气压的。靠着它，楞是能把庞大的坦克柴油机起动起来。而自行车轮胎的气压不过只有4个大气压左右，由此可见一斑。 液气悬挂装置按油缸型式可分为筒式和叶片式，筒式液气悬挂装置还可细分为车外独立筒式和平衡肘内液气悬挂装置。平衡肘内液气悬挂装置尺寸较小，不占用车内空间，不易被弹片损坏，是一种更先进的液气悬挂装置。按缸筒的安装形式分为固定式和摆动式。按气室的布置形式分为整体式和分置式。按功能分为可调式和不可调式。按工作原理分为简单筒式、双气室式和反压力式等。 液气悬挂装置的优点是：液气悬挂特性为非线性可变刚性，越压越强，提高了坦克的行驶平稳性和乘坐的舒适性，可调式液气悬挂装置可实现车体上下升降、前后俯仰和左右倾斜，从而提高了坦克的通过能力和生存能力，扩大了火炮射击的高低射界，尤其是适于火炮的反斜面射击(在斜坡上只露出炮塔，火炮打俯角的射击)，提高了坦克的生存能力；不占用车内容积，而扭杆悬挂装置的扭杆则要占用车内容积；可实现悬挂的闭锁和调平，用于自行火炮或自行火箭炮上时，可提高射击精度。 液气悬挂装置的缺点是：结构较复杂，对核心部件的密封性和加工精度要求极高，造价昂贵；一般安装在车外，防护性稍差；使用中需定期充油、宽气等。 总的看来，采用液气悬挂装置是好处多多，在坦克上采用的越来越多，使坦克的“腰”更强壮、更柔软。 3. 独立式螺旋弹簧悬挂系统（梅卡瓦系列坦克）： “梅卡瓦”主战坦克的悬挂装置，堪称是独立式螺旋弹簧悬挂装置的“收官之作”。“梅卡瓦”1／2型坦克每侧有6个大直径负重轮，每个悬挂装置包括平衡肘、带有2个可同时工作的弹簧和液压行程限制器。在第1、2、5、6负重轮处安装有筒式液压减振器。奇数负重轮的平衡肘朝向坦克前部，偶数负重轮的平衡肘朝向车尾，可保证大直径(直径790毫米)负重轮有足够大的动行程(210毫米)。 “梅卡瓦”3型坦克的悬挂装置在经过改进之后更加完善。“梅卡瓦”3型仍然使用双弹簧装置。所有平衡肘的转动部分都朝向车尾，降低了负重轮越过起伏地时的刚性。第1和第6负重轮处安装了液压行程限制器，所有12个悬挂装置均安装有叶片式液压减振器和机械式行程限制器，负重轮总行程达604毫米，几乎是T-72坦克的2倍，静行程为304毫米。可以推定：这种悬挂拥有极高的单位势能，并且保证具有极高的行驶平稳性，堪称是独立式螺旋弹簧悬挂装置的巅峰之作。 所有改进型“梅卡瓦”坦克的悬挂装置均安装在车外，不侵占坦克的车内空间。悬挂装置的易受损性增加，部分通过使用侧护板来补偿。“梅卡瓦”的悬挂装置还有一个突出的优点就是保养比较简单且可维修性高。 三．坦克悬挂装置的未来发展趋势 1．大力发展液气悬挂 增大坦克车辆悬挂动行程以改善其越野机动性能，已经成为改进车辆被动悬挂性能的一种趋势。与扭杆悬挂相比，液气悬挂具有以下优点: ①具有大的负重轮动行程和车体距地高。 ②非线性弹簧特性，此特点使得车辆负重轮动行程范围内的刚性系数得到优化。 在大部分动行程范围内用小的刚性系数，得到令人满意的乘坐舒适性; 在动行程接近结束时，刚性系数迅速增加，避免悬挂装置撞击限制器。 ③改善了车辆的振动环境。 ④改善了减振器的散热条件，增大散热面积，提高散热功率。 ⑤液气悬挂相当一个动态履带调整器，改善了履带的诱导性能。 ⑥减小了车体外廓和车辆总质量。 2．采用智能悬挂技术 智能悬挂技术主要包括主动和半主动悬挂技术。它们采用先进的控制策略和执行机构，实现车辆悬挂特性的最优化或次优化，最大限度降低车体振动，改善了车辆平顺性和安全性。但是，在坦克车辆上采用主动悬挂技术目前还不是很成熟，主要是受一些技术瓶颈的限制，例如，主动悬挂需要安装复杂的液压管路，成本高、可靠性低; 体积庞大，增加了车辆总质量; 要消耗大量的发动机功率等。 如果这些难题能够得到解决，主动悬挂技术将成为主战坦克悬挂系统的理想选择。